UFPE – Química 1 – 1ºEE – Questão 2 / 2019.1
Coloca-se 50,0 g de amônia líquida, inicialmente a 239,7K (temperatura de ebulição de NH3), em um recipiente e adiciona-se 1000 g de amônia (molécula não-linear) gasosa, inicialmente a 298 K. Qual a temperatura final do sistema? Suponha que não há troca de calor com a vizinhança e que o processo ocorre a pressão constante e igual a 1 bar.
Massa molecular: e
Entalpia de vaporização, a 239, 4 K
Passo 1
Fala aí, galera!!! Vamos primeiro imaginar a situação, beleza?
Tu vai lá e coloca amônia na iminência de evaporação, ou seja, o negócio já entra no recipiente doido pra ir pro estado gasoso e pra melhorar a situação tu enfia ainda mais uma quantidade de amônia já gasosa dentro desse recipiente.
Mas antes, perceba que o enunciado nos disse que essas duas quantidades estavam a temperaturas diferentes ANTES de serem colocadas dentro do recipiente, e, a gente sabe pela lei da termodinâmica que esse sistema vai tender a se encontrar futuramente num equilíbrio, térmico, ou seja, ao final do processo de mistura, toda a amônia que estiver dentro do recipiente TEM QUE ESTAR na mesma temperatura, sacou?
Segundo ponto de importância aqui é perceber que, a primeira quantidade está na iminência de trocar de fase, ou seja, esse calor é o latente, ou calor de vaporização. Por sua vez, como a segunda quantidade de amônia já entra na forma gasosa e não está tendo mudança de fase nessa quantidade, ali é o calor sensível que está mandando.
Em resumo o que acontece: Primeiro a amônia mais quente vai dar calor para a amônia fria pra ela trocar de fase, e depois elas vão continuar trocando calor até atingir o equilíbrio térmico.
Passo 2
Com o último parágrafo do passo 1, a gente pode então escrever que o calor de vaporização tem que ser igual ao calor sensível, certo? Mas presta atenção numa parada MUITOOOOO IMPORTANTE!!!!
Percebeu que eu coloquei ali um sinal de menos na parte do calor sensível, certo? E por que cargas d’águas eu fiz isso?
Bem, olha lá no enunciado que a segunda quantidade de amônia (a que já entra na forma gasosa), ela está a uma temperatura MAIOR do que a amônia que já estava dentro do recipiente, isso quer dizer pra gente que a segunda quantidade vai DOAR calor, e por isso o sinal de menos, porque ela está perdendo calor.
Passo 3
Só que o enunciado não deu pra gente diretamente , então vamos substituir esse trem pela equação que ele nos deu no enunciado.
Passo 4
Note que agora, devemos calcular a temperatura final do SISTEMA, porque agora a gente vai poder assumir que a amônia está totalmente gasosa, mas continua trocando calor com a amônia mais quente, certo?
Porque lembre-se que quando temos uma mudança de estado físico, para substâncias puras, a temperatura não varia, ou seja, a amônia que entrou gasosa abaixou sua temperatura de 298 K para 264, 6K apenas pra fazer com que a amônia líquida (que já estava no sistema) fosse para a fase vapor mantendo sua temperatura de 239,7 K. Como ainda temos uma diferença de temperatura, ainda haverá troca térmica até atingir o equilíbrio térmico, show? Só que agora não estamos falando mais de mudanças de fases, agora as duas quantidades estão na fase gasosa e vão trocar calor sensível entre si.